مادة بناء فريدة من العصر الروماني
مصر:ايهاب محمد زايد
نعلم أخيرًا لماذا صمدت الخرسانة الرومانية القديمة أمام اختبار الزمن
كان الرومان القدماء بناة مهندسين ومهندسين ، وربما كان أشهرهم تمثيلًا للقنوات المائية التي لا تزال تعمل. وتعتمد تلك الأعاجيب المعمارية على مادة بناء فريدة: الخرسانة البوزولانية ، وهي مادة متينة بشكل مذهل أعطت الهياكل الرومانية قوتها المذهلة.
حتى اليوم ، أحد هياكلهم – البانثيون ، الذي لا يزال سليماً ويبلغ عمره ما يقرب من 2000 عام – يحمل الرقم القياسي لأكبر قبة في العالم من الخرسانة غير المسلحة.
تُعزى خصائص هذه الخرسانة عمومًا إلى مكوناتها: البوزولانا ، وهو مزيج من الرماد البركاني – سمي على اسم مدينة بوزولي الإيطالية ، حيث يمكن العثور على رواسب كبيرة منه – والجير . عند مزجهما بالماء ، يمكن أن تتفاعل المادتان لإنتاج الخرسانة القوية.
لكن هذه ، كما اتضح ، ليست القصة كاملة. وجد فريق دولي من الباحثين بقيادة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أن المواد ليست فقط مختلفة قليلاً عما قد نعتقد ، ولكن التقنيات المستخدمة لخلطها كانت مختلفة أيضًا.
كانت مسدسات الدخان عبارة عن قطع صغيرة بيضاء من الجير يمكن العثور عليها فيما يبدو أنه خرسانة مخلوطة جيدًا. كان وجود هذه القطع يُعزى سابقًا إلى سوء الخلط أو المواد ، لكن ذلك لم يكن منطقيًا لعالم المواد Admir Masic من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
قال ماسيتش في بيان صدر في يناير 2023 : “فكرة أن وجود هذه الكتل الجيرية كان يُعزى ببساطة إلى تدني مراقبة الجودة كانت تزعجني دائمًا” .
“إذا بذل الرومان الكثير من الجهد في صنع مادة بناء رائعة ، باتباع جميع الوصفات التفصيلية التي تم تحسينها على مدار قرون عديدة ، فلماذا يبذلون القليل من الجهد لضمان إنتاج منتج نهائي ممزوج جيدًا؟ يجب أن يكون هناك المزيد لهذه القصة.”
درس ماسك والفريق ، بقيادة المهندسة المدنية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ليندا سيمور ، بعناية عينات عمرها 2000 عام من الخرسانة الرومانية من موقع Privernum الأثري في إيطاليا. خضعت هذه العينات للفحص المجهري الإلكتروني للمسح على مساحة كبيرة والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة ، وانحراف الأشعة السينية بالمسحوق ، وتصوير رامان متحد البؤر للحصول على فهم أفضل للكتل الجيرية.
كان أحد الأسئلة في الاعتبار هو طبيعة الجير المستخدم. الفهم القياسي للخرسانة البوزولانية هو أنها تستخدم الجير المطفأ . أولاً ، يتم تسخين الحجر الجيري في درجات حرارة عالية لإنتاج مسحوق كاوي شديد التفاعل يسمى الجير الحي ، أو أكسيد الكالسيوم.
ينتج عن خلط الجير الحي بالماء الجير المطفأ ، أو هيدروكسيد الكالسيوم: معجون أقل تفاعلًا وأقل كاوية. وفقًا للنظرية ، كان هذا الجير المطفأ هو الذي خلطه الرومان القدماء مع البوزولانا.
بناءً على تحليل الفريق ، فإن الكسور الجيرية في عيناتهم لا تتوافق مع هذه الطريقة. بدلاً من ذلك ، ربما تم صنع الخرسانة الرومانية عن طريق خلط الجير الحي مباشرةً مع البوزولانا والماء في درجات حرارة عالية جدًا ، بمفرده أو بالإضافة إلى الجير المطفأ ، وهي عملية يسميها الفريق “الخلط الساخن” التي تؤدي إلى تكوّن الكلس.
قال ماسك “فوائد الخلط الساخن ذات شقين” .
“أولاً ، عندما يتم تسخين الخرسانة الإجمالية إلى درجات حرارة عالية ، فإنها تسمح بالكيمياء غير الممكنة إذا استخدمت الجير المطفأ فقط ، مما ينتج عنه مركبات مرتبطة بدرجة حرارة عالية لا يمكن أن تتشكل بخلاف ذلك. ثانيًا ، تقلل درجة الحرارة المتزايدة بشكل كبير أوقات المعالجة والإعداد نظرًا لتسريع جميع التفاعلات ، مما يسمح ببناء أسرع بكثير.”
وله فائدة أخرى: أن الكلس يعطي قدرة ملحوظة على الشفاء الذاتي.
عندما تتشكل الشقوق في الخرسانة ، فإنها تنتقل بشكل مفضل إلى الكتل الجيرية ، والتي لها مساحة سطح أعلى من الجسيمات الأخرى في المصفوفة. عندما يدخل الماء في الكراك ، فإنه يتفاعل مع الجير ليشكل محلولًا غنيًا بالكالسيوم الذي يجف ويتصلب ككربونات الكالسيوم ، ويلصق الشقوق معًا ويمنعها من الانتشار أكثر.
وقد لوحظ هذا في الخرسانة من موقع آخر عمره 2000 عام ، قبر كايسيليا ميتيلا ، حيث تمت تعبئة الشقوق في الخرسانة بالكالسيت. يمكن أن يفسر أيضًا سبب بقاء الخرسانة الرومانية من الجدران البحرية التي تم بناؤها منذ 2000 عام سليمة لآلاف السنين على الرغم من الضرب المستمر للمحيط.
لذلك ، اختبر الفريق النتائج التي توصلوا إليها من خلال صنع الخرسانة البوزولانية من الوصفات القديمة والحديثة باستخدام الجير الحي. كما أنهم صنعوا خرسانة تحكم بدون الجير الحي وأجروا اختبارات الكراك. من المؤكد أن الخرسانة الجيرية المتشققة قد شُفيت تمامًا في غضون أسبوعين ، لكن الخرسانة بقيت متصدعة.
يعمل الفريق الآن على تسويق الخرسانة الخاصة بهم كبديل أكثر صداقة للبيئة للخرسانة الحالية.
قال ماسك : “من المثير التفكير في كيف يمكن لهذه التركيبات الخرسانية الأكثر ديمومة أن تزيد ليس فقط من عمر خدمة هذه المواد ولكن أيضًا كيف يمكنها تحسين متانة تركيبات الخرسانة المطبوعة ثلاثية الأبعاد” .
نُشر البحث في مجلة Science Advances .
